[论文解读] Decay in the Standard Model and with New Physics

Shanmuka Shivashankara, W. Wu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文在标准模型下以及新物理情景下，对半轻子 b → cτν 衰变进行了全面分析，推导出最一般的四重角分布，并计算了 l = e, μ 时的比值 Rb = BR(b → cτν)/BR(b → clν)。结果表明，标准模型预测 Rb ≈ 0.3，而新物理算符可使该值增强或抑制，从而为标准模型之外的轻子味非普适性提供敏感探测手段。

ABSTRACT

Recently hints of lepton flavor non-universality emerged when the BaBar Collabora- tion observed deviations from the standard model predictions in R(D (�) ) ≡ B( ¯ B → D (�)+ τ ¯ ντ)/B( ¯ B → D (�)+ l ¯l) (l = e,µ). Another test of this non-universality can be in the semileptonicb → �cτ¯ ντ decay. In this work we present predictions for this decay in the standard model and in the presence of new-physics operators with dif- ferent Lorentz structures. We present the most general four-fold angular distribution for this decay including new physics. For phenomenology, we focus on predictions for the decay rate and the differential distribution in the momentum transfer squared q 2 . In particular, we calculate Rb = BR(�b!� cτ¯ ντ) BR(�b!�cl¯ νl) where l represents µ or e, and find the standard model prediction to be around 0.3 while the new physics operators can increase or decrease this value.

研究动机与目标

• 研究 b → cτν 衰变中的轻子味非普适性，作为探测标准模型之外新物理的探针。
• 推导 b → cτν 衰变的最一般四重角分布，包含具有不同洛伦兹结构的新物理算符贡献。
• 在标准模型和新物理情景下，计算该衰变的微分衰变率及动量转移平方 q² 分布。
• 计算比值 Rb = BR(b → cτν)/BR(b → clν)，作为检验轻子味普适性的关键可观测量。

提出的方法

• 该研究构建了包含所有可能新物理算符及其不同洛伦兹结构的 b → cτν 衰变最一般四重角分布。
• 采用有效场论方法，将新物理算符对衰变振幅的贡献纳入考虑。
• 作为动量转移平方 q² 的函数，计算了包含标准模型和新物理贡献的微分衰变率。
• 通过比较 b → cτν 与 b → clν 衰变的分支比（l = e 或 μ），解析推导出比值 Rb。
• 分析中考虑了衰变末态的所有运动学依赖关系和角关联，以确保完整的现象学相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型中，比值 Rb = BR(b → cτν)/BR(b → clν) 的预测值是多少？其与轻子味非普适性的实验暗示相比如何？
• RQ2 具有不同洛伦兹结构的新物理算符如何改变 b → cτν 衰变的微分衰变率和角分布？
• RQ3 与标准模型预测的约 0.3 相比，新物理可在多大程度上增强或抑制 Rb 比值？
• RQ4 角分布对在 b → cτν 衰变中探测新物理具有何种意义？

主要发现

• 标准模型预测比值 BR(b → cτν)/BR(b → clν) 的 Rb ≈ 0.3，其中 l = e 或 μ。
• 具有不同洛伦兹结构的新物理算符可使 Rb 相对于标准模型预测值增大或减小。
• 推导出 b → cτν 衰变的最一般四重角分布，使包含新物理效应的完整运动学分析成为可能。
• 作为动量转移平方 q² 的函数，计算了微分衰变率，为实验比较提供了详细的现象学框架。
• 本研究识别出 Rb 作为探测标准模型之外轻子味非普适性的敏感可观测量。